腐殖酸肥料与氮肥配施对土壤理化性质的影响

裴瑞杰， 王俊忠， 冀建华， 王志勇， 袁天佑， 孙笑梅， 闫军营

(1.南阳农业职业学院，河南南阳 473000； 2.河南省土壤肥料站，河南郑州 450002)

腐殖酸(humic acid，简写HA) 是一种天然有机物质，是以动植物残骸为主的有机物经过漫长的、复杂的、一系列的地球生化反应所形成的[1]，对土壤肥力和碳循环均有较大影响，时刻影响着人类生存的地球环境[2-3]。张青等研究表明，施用腐殖酸可有效降低土壤的容重，增加土壤的孔隙度，提高土壤有机质和其他速效养分[4]。李杰研究发现，在施肥优化的基础上，进一步添加腐殖酸钾，与普通施肥相比，能有效增加土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤的物理结构，腐殖酸类肥料具有改良培肥的效果[5]。陆欣研究表明，腐殖酸类物质能与尿素相互作用，对于有效改善有机-无机肥料的性质以及提高土壤肥力有着非常重要的作用[6]。陈伏生等在风沙土上的研究显示，风化煤腐殖酸能显著提升土壤的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量，降低土壤pH值[7]。众多研究均表明，腐殖酸具有改良培肥土壤、促进农作物生长、提高肥料利用效率、提高农作物产量与品质和增强农作物抗逆性等方面的作用[8-11]。但以往的研究多集中在叙述性的研究，而专门将腐殖酸直接与氮肥配施用于“冬小麦—夏玉米”轮作系统下，研究施用腐殖酸对土壤理化性质的影响却鲜见报道。本研究通过在河南省豫北潮土区，设置腐殖酸肥料与化肥配施的田间定位试验，探讨在“冬小麦—夏玉米”轮作系统下，腐殖酸肥料施用对土壤理化性质的影响，以期为实现农业生态系统环境友好发展和精准实施“藏粮于技、藏粮于地”战略提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2014 年在河南省焦作市博爱县孝敬镇坞庄村进行。该地区属豫北平原区，土壤为潮土，属冲积洪积物，质地肥沃，水资源丰富。试验点地势平坦，试验前 0～20 cm 土壤理化性状见表1。

表1 供试土壤试前农化性质

1.2 试验设计

试验田设在永久性耕地上，设6个处理，即：(1)不施氮肥即单施磷钾肥(T1)；(2)常规施肥即单施无机化肥氮磷钾(T2)；(3)单施腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T3)；(4)常规施肥+腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T4)；(5)常规施肥减氮15%+腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T5)；(6)常规施肥减氮30%+腐殖酸肥料3 000 kg/hm2(T6)。试验采取随机区组排列，3次重复，小区面积6 m×8 m=48 m2，同时设置保护行和观察走道。供试冬小麦品种为周麦16，夏玉米品种为豫安3号，分别由河南天存种业有限公司和河南平安种业有限公司提供。供试肥料：氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)，钾肥为氯化钾(含K2O 60%)。试验中所使用的腐殖酸肥料(pH值为4.74，有机质含量为80.92%，全氮含量为0.76%，全磷含量为0.38%，全钾含量为0.23%)由南阳市沃泰肥业有限公司提供。

试验所有处理除了T3处理(单施腐殖酸肥料)外，其他所有处理(T1、T2、T4、T5、T6)全生育期磷肥和钾肥均用做基肥一次性施入。其中T2、T4、T5、T6处理的氮肥均采用基追配合的模式：(1)冬小麦季。50%氮肥做基肥，剩余50%氮肥于冬冬小麦拔节期追施。腐殖酸肥料为粉状，撒施，用做基肥一次性施入。所有处理的种植密度及其他水肥管理措施按照当地冬小麦生产技术规程进行。(2)夏玉米季。30%氮肥做基肥，剩余70%氮肥于夏玉米拔节期追施。腐殖酸肥料用做基肥一次性施入。所有处理的种植密度及其他水肥管理措施按照当地夏玉米栽培的管理方法进行。出苗后 3 叶间苗、5 叶定苗，在夏玉米大喇叭口期用杀螟丹颗粒剂丢心，防治夏玉米螟和后期蚜虫；在夏玉米完熟期收获。

1.3 测定项目与方法

每年夏玉米收获后冬小麦播种前，每个小区采用“S”法采集耕层土壤样品(0～20 cm)，将样品风干后过1 mm 和0.25 mm筛备用，然后测定土壤理化性状。采用常规的分析方法测定土壤容重、土壤有机质、土壤碱解氮、土壤速效磷、土壤速效钾和土壤pH值[12]。

1.4 数据处理与分析

试验数据的整理和作图均采用Microsoft Office 2003，使用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 腐殖酸肥料与氮肥配施对土壤容重的影响

由图1可以看出，各处理土壤容重的变化趋势为：腐殖酸肥料与氮肥配施处理低于常规施肥处理，常规施肥处理低于单施磷钾肥处理，且各处理的土壤容重均明显低于试前(T0)土壤(1.32 g/cm3)，较试前土壤降低了0.025～0.14 g/cm3。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6处理的土壤容重分别较常规施肥T2处理降低了2.78%、6.35%和1.98%，较单施磷钾肥的T1处理降低5.41%、8.88%和4.63%，较单施腐殖酸肥料的T3处理降低2.00%、5.60%和1.20%；常规施肥配施腐殖酸肥料或减氮配施腐殖酸肥料处理间对土壤容重的影响有差异，以T5处理的效果最佳，T5处理的土壤容重分别较T4和T6处理降低了3.67%和4.45%，处理间差异达显著水平(P<0.05)。

2.2 腐殖酸肥料与氮肥配施对土壤有机质含量的影响

从图2可以看出，各处理土壤有机质含量的变化趋势为：施用腐殖酸肥料处理明显高于未施用腐殖酸肥料处理的，腐殖酸肥料与氮肥配施处理高于常规施肥处理，常规施肥处理高于单施磷钾肥处理，且各处理的土壤有机质含量均明显高于试前土壤(18.08 g/kg)，较试前土壤高0.01～0.22 g/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6处理土壤有机质含量分别较常规施肥T2处理高0.63%、0.44%和0.38%，较单施磷钾肥的T1处理高1.00%、1.19%和0.94%，较单施腐殖酸肥料的T3处理高0.082%、0.27%和0.027%；常规施肥配施腐殖酸肥料或减氮配施腐殖酸肥料处理间对土壤有机质的影响有差异，以T5处理的效果最佳，T5处理的土壤有机质含量分别较T4和T6处理高0.19%和0.25%。

2.3 腐殖酸肥料与氮肥配施对土壤全氮和碱解氮含量的影响

从图3可以看出，各处理的土壤全氮和碱解氮含量的变化趋势均表现为：腐殖酸肥料与氮肥配施处理高于常规施肥处理，常规施肥处理高于单施磷钾肥处理，且各处理的土壤全氮和碱解氮含量(除单施磷钾肥和单施腐殖酸肥料处理外)均明显高于试前土壤(全氮含量1.55 g/kg，碱解氮含量126.81 mg/kg)，较试前土壤高0.02～0.11 g/kg、0.19～2.93 mg/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6处理土壤全氮和碱解氮含量分别较常规施肥T2处理高0.96%和1.00%、5.41%和2.16%、3.50%和0.90%，且碱解氮含量之间的差异达显著水平(P<0.05)；较单施磷钾肥的T1处理高12.81%和7.27%、17.79%和8.49%、15.66%和7.16%，且差异达显著水平(P<0.05)；较单施腐殖酸肥料的T3处理高6.73%和3.26%、11.44%和4.44%、9.43%和3.16%，且差异达显著水平(P<0.05)；常规施肥配施腐殖酸肥料或减氮配施腐殖酸肥料处理间对土壤全氮和碱解氮含量的影响有差异，以T5处理的效果最佳，T5处理的土壤全氮和碱解氮含量分别较T4和T6处理高1.14%和4.12%、1.24%和1.85%，且T5处理与T4和T6处理碱解氮含量之间的差异达显著水平(P<0.05)。

2.4 腐殖酸肥料与氮肥配施对土壤速效磷含量的影响

由图4可以看出，各处理土壤有效磷含量的变化趋势为：腐殖酸肥料与氮肥配施处理高于常规施肥处理，常规施肥处理高于单施磷钾肥处理，且除单施腐殖酸肥料处理的土壤有效磷含量显著低于试前土壤(32.56 mg/kg)外，其他处理的土壤有效磷含量均高于试前土壤，较试前土壤提高了0.01～2.72 mg/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6处理土壤有效磷含量分别较常规施肥T2处理高1.41%、4.66%和1.79%；较单施磷钾肥的T1处理高4.97%、8.34%和5.37%，且差异均达显著水平(P<0.05)；较单施腐殖酸肥料的T3处理高17.43%、21.19%和17.88%，且差异均达显著水平(P<0.05)；常规施肥配施腐殖酸肥料或减氮配施腐殖酸肥料处理间对土壤有效磷的影响有差异，以T5处理的效果最佳，T5处理的土壤有效磷含量分别较T4和T6处理高3.20%和2.81%，且T5处理与T4处理间的差异达显著水平(P<0.05)。

2.5 腐殖酸肥料与氮肥配施对土壤速效钾含量的影响

由图5可以看出，各处理土壤速效钾含量的变化趋势为：腐殖酸肥料与氮肥配施处理高于常规施肥处理，常规施肥处理高于单施磷钾肥处理，除单施腐殖酸肥料处理的土壤速效钾含量显著低于试前土壤(164.63 mg/kg)外，其他处理的土壤速效钾含量均高于试前土壤，较试前土壤高1.32～4.34 mg/kg。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6处理土壤速效钾含量分别较常规施肥T2处理高0.23%、1.65%和0.21%；较单施磷钾肥的T1处理高0.40%、1.82%和0.38%；较单施腐殖酸肥料的T3处理高3.07%、4.52%和3.05%，且差异均达显著水平(P<0.05)；常规施肥配施腐殖酸肥料或减氮配施腐殖酸肥料处理间对土壤速效钾含量的影响有差异，以T5处理的效果最佳，T5处理的土壤速效钾含量分别较T4和T6处理高1.41%和1.43%，且T5处理与T4处理间的差异达显著水平(P<0.05)。

2.6 腐殖酸肥料与氮肥配施对土壤pH值的影响

从图6可以看出，施用腐殖酸肥料之后，土壤的pH值发生了较大变化，各处理的土壤pH值变化趋势为：单施磷钾肥处理高于常规施肥处理，常规施肥高于腐殖酸肥料与氮肥配施处理，除单施磷钾肥处理的土壤pH值稍微升高外，其他处理的土壤pH值均低于试前土壤(pH值8.20)，较试前土壤降低了0.20～0.70。配施腐殖酸肥料的T4、T5和T6处理土壤pH值分别较常规施肥T2处理低3.75%、5.00%和3.13%；较单施磷钾肥的T1处理低7.78%、8.98%和7.19%，且差异均达显著水平(P<0.05)；较单施腐殖酸肥料的T3处理低1.91%、3.18%和1.27%；常规施肥配施腐殖酸肥料或减氮配施腐殖酸肥料处理间对土壤pH值的影响有差异，以T5处理的效果最佳，T5处理的土壤pH值分别较T4和T6处理降低了1.30%和1.94%。

3 结论与讨论

土壤理化性状是判断土壤肥力高低的重要指标，对耕地质量具有重要影响[13-14]。土壤容重是土壤物理性质的重要指标之一。土壤容重与土壤质地、土壤有机质含量、土壤结构状况以及耕作栽培管理水平有密切关系。土壤容重越小土壤愈松，通透性越好，愈利于耕作[15]。丁砚民通过在盐碱湿地利用风化煤的研究指出，施用风化煤可有效增加土壤的孔隙度，降低土壤容重，提高微生物的生化活性，进而改善土壤的物理性质[16]。赵东彦等研究显示，风化煤腐殖酸与夏玉米秸秆配施可以有效改善土壤的物理性质，有利于土壤微团粒结构的形成，对土壤容重有重要影响[17]。本研究结果显示，施用腐殖酸肥料可以有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤物理性质。其中，以腐殖酸肥料与氮肥配施最优，其次依次分别为单施腐殖酸肥料、单施化肥氮磷钾和不施氮肥。其中，其中以T5即常规施肥减氮15%+腐殖酸肥料处理的土壤容重最低，2年的土壤容重平均值较试前降低的最大幅度可达0.14 g/cm3。这与上述研究结果一致。

农田的土壤化学性质主要受肥料类型、耕作方式、种植方式和施肥方式的影响。土壤有机质是土壤微生物和农作物所需营养元素的源泉，是一种“全量”营养物质，对土壤理化性状、土壤的保水保肥性能以及土壤的通透性等均有较大影响[18-19]。因此，土壤有机质含量的高低是评价土壤肥力高低最重要的指标。而农田土壤有机质的大小，除受自然因素的影响外，更重要的受到人为因素即施肥因素的影响。有研究显示，腐殖酸施入土壤后，能有效提升土壤速效养分的含量，对土壤的培肥均有重要作用，尤其是对土壤速效氮、速效磷和速效钾含量有效较大[20-21]。这可能是由于腐殖酸富含各类官能团，能与土壤中的铵离子、磷离子和钾离子结合，形成络合物，减少土壤速效氮的损失，抑制土壤对磷和钾的固定，能使土壤释放出更多的固定态磷和钾，进而提高土壤速效氮、有效磷和速效钾的含量。段学军等研究显示，风化煤与尿素、夏玉米秸秆配施，能不同程度地促进土壤的生物量碳的活性，且其相互激发的效应较为明显[22]。周鑫斌等研究指出，单施风化煤对土壤生物量碳的影响效果不明显，甚至还低于单施尿素处理，而风化煤与夏玉米秸秆的配施较优，二者的激发效应明显[23]。本研究显示，施用腐殖酸可以有效提升土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量，其中，腐殖酸与氮肥配施优于单施化肥氮磷钾，单施化肥氮磷钾又优于单施磷钾肥。单施腐殖酸能增加土壤有机质的含量，但是不利于土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量的提升，这与周鑫斌等的研究结果[23]一致，这可能是由于腐殖酸本身有机质含量较高，而缺失氮磷钾元素所致。腐殖酸必须与氮肥配施才能发挥效用，其中，以腐殖酸+化肥减氮15%的T5处理最佳，这与上述研究较为相似。

施入土壤中的肥料氮素对土壤含氮量的影响主要决定于其在土壤中的净残留量[24]。在本研究的常规施肥条件下，土壤全氮和碱解氮含量增加不明显，说明在“小麦—玉米”轮作制度下，本研究中的常规施肥能维持或提升土壤的氮素肥力水平。而不施氮肥的T1处理和单施腐殖酸的T3处理土壤中全氮和碱解氮含量较低，均低于试前土壤，说明不施氮肥，由于作物收获后携带和氮素转化，引起土壤中氮素含量降低。而腐殖酸与氮肥结合施用能明显提高土壤的全氮和碱解氮含量，在土壤中有明显的净残留，有助于土壤氮素的累积，但是，与腐殖酸配施的氮肥需要一个适宜量。

腐殖酸与化肥配施能提升土壤磷的有效性，其原因可能是由于腐殖酸中含有多种官能团可与磷形成络合物，可减少磷的固定，并加速了无机磷的溶解。而单施化肥氮磷钾处理和单施磷钾肥处理，由于2年连续施磷，磷的移动性较小，能使耕层土壤中的磷维持较高的水平。

土壤pH值用来表示土壤的酸碱度，是土壤重要的基本性质之一，能直观反映土壤的酸化状况[15]。土壤pH值对土壤中的一系列肥力性质具有深刻影响。另外，各种作物的生长都有其最适宜的酸碱度范围，土壤pH值对作物的生长发育具有直接和间接的作用[15]。本研究显示，施用腐殖酸可以有效调节土壤的pH值，使土壤pH值向中性方向发展，有益于土壤微生物生长，并激发其活性，使土壤pH值更有利于作物的生长发育。腐殖酸具有调节土壤pH值作用，但以腐殖酸+氮肥处理最优，这可能是由于腐殖酸富含多种官能团，化肥与腐殖酸结合后，能促进腐殖酸释放酸性离子有关，使腐殖酸具有对土壤起缓冲性能的作用。腐殖酸与氮肥结合施用才能有效提高土壤的有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，有效改善土壤的酸碱性，这可能与腐殖酸富含多种官能团有关[25-26]。至于腐殖酸为什么必须与氮肥配施才能发挥作用的机制还需要进一步研究。